Tổng quan luận án

Tính cấp thiết và khoảng trống nghiên cứu

Cây Phay (Duabanga grandiflora Roxb. ex DC) là loài cây thân gỗ lớn bản địa, phân bố rộng ở các tỉnh trung du và miền núi phía Bắc Việt Nam. Trong tự nhiên, loài cây này thường mọc tại khu vực chân núi, ven khe suối, các khe ẩm, ưa tầng đất sâu hoặc đất có lẫn đá, thường xuất hiện đi kèm với một số loài thực vật như Vàng anh, Vả, Dâu da đất. Cây Phay sở hữu các đặc tính sinh học quan trọng: là cây ưa sáng, có biên độ chống chịu sinh thái cao, sinh trưởng tương đối nhanh, thích hợp cho việc lựa chọn để phục hồi các lập địa bị suy thoái nghiêm trọng do mất rừng hoặc các diện tích đất trống đồi núi trọc.

Theo Thông tư số 35/2010/TT-BNNPTNT của Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn về việc ban hành danh mục bổ sung một số loài cây trồng rừng và lâm sản ngoài gỗ tại 63 huyện nghèo thuộc 21 tỉnh, cây Phay đã được đề xuất là một trong số ít loài cây ưu tiên phục vụ trồng rừng phòng hộ đầu nguồn và trồng rừng sản xuất tại huyện Ba Bể và huyện Pác Nặm (hai huyện thuộc diện Chương trình 30a của tỉnh Bắc Kạn).

Tuy nhiên, nguồn dữ liệu khoa học và thực tiễn về cây Phay còn tồn tại nhiều khoảng trống lớn:

  • Các thông tin khoa học về đặc điểm sinh vật học, sinh thái học, vật hậu và lâm học của loài cây này còn rất hạn chế, chưa được tổng kết và tích hợp đồng bộ vào hệ thống thông tin chung về cây trồng rừng bản địa tại Việt Nam.
  • Đến thời điểm thực hiện đề tài, chưa có nguồn giống cây Phay nào được tuyển chọn, khảo nghiệm và công nhận cho các vùng lâm nghiệp trọng điểm theo tinh thần Quyết định số 14/2005/QĐ-BNN ngày 15 tháng 3 năm 2005 của Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn về việc Ban hành Danh mục giống cây Lâm nghiệp được phép sản xuất, kinh doanh. Việc thiếu hụt nguồn giống đã trở thành rào cản kỹ thuật trực tiếp đối với công tác phát triển rừng trồng bằng cây Phay.
  • Quy trình kỹ thuật trồng cây Phay chưa được chuẩn hóa, từ khâu lựa chọn điều kiện lập địa thích hợp, kỹ thuật xử lý và bảo quản hạt giống, đến quy trình chăm sóc cây con giai đoạn vườn ươm.
  • Chưa có các mô hình trình diễn kỹ thuật trồng cây Phay trên các điều kiện lập địa khác nhau tại các địa phương nơi cây phân bố tự nhiên.

Xuất phát từ thực trạng trên, luận án tiến sĩ lâm nghiệp với đề tài "Nghiên cứu đặc điểm sinh học và kỹ thuật tạo cây con cây Phay (Duabanga grandiflora Roxb. ex DC) tại tỉnh Bắc Kạn" của nghiên cứu sinh Lê Sỹ Hồng (người hướng dẫn khoa học: PGS. Phạm Văn Điển, cơ sở đào tạo: Trường Đại học Nông Lâm - Đại học Thái Nguyên) được triển khai nhằm cung cấp các luận cứ khoa học và giải pháp kỹ thuật cụ thể cho công tác bảo tồn, nhân giống và phát triển loài cây này.

Mục tiêu nghiên cứu

Luận án xác định hai nhóm mục tiêu cụ thể:

  1. Về mặt lý luận: Cung cấp các dẫn liệu khoa học về cây Phay thông qua việc xác định các đặc điểm hình thái, sinh lý, sinh thái và đặc điểm lâm học của loài; tạo lập cơ sở khoa học phục vụ xác định lập địa trồng rừng cây Phay và đề xuất các biện pháp kỹ thuật xúc tiến tái sinh tự nhiên.
  2. Về mặt thực tiễn: Bước đầu đề xuất và hoàn thiện các giải pháp kỹ thuật trong công tác tạo giống cây con cây Phay từ nguồn hạt (nhân giống hữu tính) và bằng phương pháp giâm hom (nhân giống vô tính).

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

  • Đối tượng nghiên cứu: Cây Phay (Duabanga grandiflora Roxb. ex DC), bao gồm cây trưởng thành trong quần xã rừng tự nhiên, cây tái sinh, hạt giống, cây con giai đoạn vườn ươm và các loại hom cành phục vụ giâm hom.
  • Phạm vi không gian (địa bàn nghiên cứu):
    • Điều tra khảo sát đặc điểm sinh vật học, sinh thái học và đặc điểm lâm học ngoài hiện trường rừng tự nhiên tại 4 huyện thuộc tỉnh Bắc Kạn, bao gồm: huyện Chợ Đồn, huyện Chợ Mới, huyện Bạch Thông và huyện Na Rì (tập trung tại các xã: Yên Mỹ, Yên Nhuận, Phương Viên, Xuân Lạc, Dương Phong, Đôn Phong, Lục Bình, Tân Sơn, Yên Hân, Yên Cư, Đổng Xá, Cư Lễ).
    • Các thí nghiệm chuyên sâu về đặc điểm sinh lý hạt giống, kỹ thuật gieo ươm hạt, nhu cầu sinh thái của cây con và kỹ thuật nhân giống vô tính bằng giâm hom được thực hiện tại Phòng thí nghiệm và Vườn ươm của Trường Đại học Nông Lâm – Đại học Thái Nguyên.
  • Phạm vi thời gian: Toàn bộ các nội dung điều tra thực địa, thu thập mẫu vật và triển khai hệ thống thí nghiệm được thực hiện trong giai đoạn từ năm 2013 đến năm 2015.

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Các hướng nghiên cứu trong và ngoài nước được luận án điểm luận

Nghiên cứu về cấu trúc và tái sinh rừng nhiệt đới

  • Về cấu trúc rừng: Luận án điểm lại các lý thuyết phân loại cấu trúc rừng mưa nhiệt đới của Richards (1959, 1968, 1970) với phương pháp vẽ biểu đồ mặt cắt đứng (áp dụng lần đầu tại Guam), phân biệt rừng mưa hỗn hợp và rừng mưa đơn ưu; Baur (1976) về cơ sở sinh thái học trong kinh doanh rừng mưa tự nhiên; G. Plaudy (1987) về biểu diễn cấu trúc hình thái bằng phẫu đồ rừng; Cusen (1953) về mô tả cấu trúc không gian ba chiều; phân cấp cây rừng của Kraft (1884) cho rừng thuần loài đều tuổi. Tại Việt Nam, luận án kế thừa các công trình nghiên cứu cấu trúc của Trần Ngũ Phương (1970) về phân loại và quy luật diễn thế; Thái Văn Trừng (1978) về mô hình phân tầng rừng kín thường xanh mưa ẩm nhiệt đới (tầng vượt tán, tầng ưu thế sinh thái, tầng dưới tán, tầng cây bụi, tầng thảm cỏ); Nguyễn Văn Trương (1983) về phân tầng định lượng theo cấp chiều cao và quy luật đào thải tự nhiên; Vũ Đình Phương (1987) về phương pháp định lượng tầng thứ; Đào Công Khanh (1996) tại Hương Sơn và Bảo Huy (1993) tại Đắk Lắk về mô hình phân bố số cây theo đường kính $N/D$ dạng hàm Weibull; Bùi Văn Chúc (1996) về cấu trúc rừng phòng hộ đầu nguồn sông Đà ở các trạng thái IIA, IIIA1.
  • Về tái sinh tự nhiên: Các nghiên cứu về phương pháp điều tra ô vuông mẫu của Lowdermilk (1927), điều tra chẩn đoán của Barnard (1950); phương thức khai thác tái sinh đồng tuổi của Wyatt-Smith (1950) ở Malaysia; chặt dần tái sinh dưới tán của Taylor (1954), Jones (1960) ở Nigeria và Ghana; tái sinh phân tán liên tục và tái sinh vệt của Van Steenis (1956); lý thuyết khảm tái sinh ngẫu nhiên chu kỳ của Aubréville (1938); phân bố số cây tái sinh dạng cụm và phân bố Poisson của Bernard Rollet (1974) và Richards (1959). Nghiên cứu của Lamprecht (1969) phân chia 3 nhóm cây theo nhu cầu ánh sáng (ưa sáng, bán chịu bóng, trung tính); Anden S. (1981) chỉ ra độ khép tán tối ưu cho tái sinh cây gỗ là 0,6 - 0,7; Khannikov (1967) và Vipper (1973) phân tích tác động cản trở của tầng cỏ và cây bụi đối với tái sinh rừng thưa; Saldarriaga (1991) tại Colombia và Venezuela, Ramakrishnan (1981–1992) tại Tây Bắc Ấn Độ về phục hồi thảm thực vật sau nương rẫy. Tại Việt Nam, luận án điểm lại các công trình của Vũ Đình Huệ (1975, 1982) về đánh giá tái sinh rừng tự nhiên miền Bắc; Nguyễn Văn Thêm (1992) về tái sinh Dầu song nàng ở Đồng Nai; Phùng Ngọc Lan (1984) về tra dặm hạt Lim xanh tại Hữu Lũng, Lạng Sơn; Phạm Đình Tam (2001) về tái sinh lỗ trống ở Hương Sơn, Hà Tĩnh; Nguyễn Ngọc Lung và cộng sự (1993) về quy luật phục hồi và xúc tiến tái sinh tự nhiên rừng Đông Bắc và Tây Bắc; Nguyễn Duy Chuyên (1995) về phân bố tái sinh dạng Poisson ở rừng IIIA2 Quỳ Châu, Nghệ An.

Nghiên cứu về sinh thái, sinh lý và nhân giống cây rừng

  • Về ảnh hưởng của ánh sáng và dinh dưỡng: Nghiên cứu của Kozlovski (1949), Walter (1947), Roussel (1962, 1967), Orlov (1951), Alekseev (1954), Maksimov (1971), Karpov (1969), Rusin (1970), Mazin (1969) về vai trò của ánh sáng và các yếu tố hạn chế đối với cây con; Wen Dazhi, Kong Guohui, Lin Zhifang và Ye Wanhui (1999) tại Viện Thực vật Nam Trung Quốc thử nghiệm che sáng (16%, 40%, 100%) trên 4 loài cây á nhiệt đới (Castanopsis fissa, Vối thuốc, Cryptocarya concinna, Thông đuôi ngựa); Ekta và Singh (2000), Sasaki và Mori (1981) về sức sống hạt giống và khả năng chịu bóng của cây họ Dầu; Thomas (1985) về quan hệ giữa dinh dưỡng khoáng (N, P) và chất lượng cây con.
  • Về các loài cây gỗ bản địa tương tự: Luận án tổng quan chi tiết các nghiên cứu về cây Căm xe (Nair và cs, 1991; Troup và Joshi, 1983; Cheriyan PV, 1987; Gamble, 1972; Chudnoff, 1984; Sosef và cs, 1998; Ghani AKMO, Sarker AG, 1993; Luna, 1996); cây Dáng hương (Peass, 1932; Coles và Boyle, 1999; Saw, 1984; Bunyavejchewin, 1983; Chanpaisaeng, 1994, 1999; Ramin và Owens, 1998; Hor Yue-Luan, 1993; Piewluang, 1996; Prosea, 1994); cây Vối thuốc (World Agroforestry Centre, 2006; Keßler, Sidiyasa, 1994; Chetri Deepak B.; Chen-Li, Wang-XiaoFei, 1993; Ngô Quang Đê, 2004; Vũ Văn Hưng, 2004).
  • Về kỹ thuật hạt giống và nhân giống vô tính: Luận án lược khảo lịch sử xây dựng rừng giống, vườn giống từ hạt của Sylven (1918), Bates (1928); kỹ thuật bảo quản khô lạnh (0 - 10°C) và khô mát (20 - 30°C) của Coles và Boyle (1999), Saw (1984), Chanpaisaeng (1999). Đối với nhân giống vô tính bằng giâm hom, ghép cành, luận án điểm lại các mốc lịch sử từ thế kỷ XII đến các công trình của Marier de Boisdyver (1840) ghép Thông đen tại Fontainebleau; nhân giống Canhkina tại Java (1880); Cao su tại Malaysia (1919); Liễu sam tại Nhật Bản; Kleinschmit (1948) và Ruden giâm hom Vân sam tại Đức và Na Uy; ứng dụng chất điều hòa sinh trưởng IBA trên Dáng hương (Saw, 1984; Chanpaisaeng, 1994) và Căm xe (Ghani AKMO, 1993).

Khoảng trống luận án lựa chọn giải quyết

Mặc dù các quy luật lâm học và kỹ thuật nhân giống cây rừng đã được nghiên cứu trên nhiều đối tượng cây gỗ bản địa, riêng đối với cây Phay (Duabanga grandiflora), các nghiên cứu cơ bản về sinh học cá thể, sinh thái quần xã, đặc tính hạt giống, nhu cầu môi trường vườn ươm (ánh sáng, nước tưới, dinh dưỡng khoáng) và kỹ thuật giâm hom bằng chất kích thích sinh trưởng chưa từng được khảo sát và thực nghiệm bài bản tại tỉnh Bắc Kạn. Luận án được định vị nhằm giải quyết trọn vẹn chuỗi dữ liệu này.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết và khái niệm sử dụng

  • Cấu trúc quần xã thực vật rừng: Sử dụng lý thuyết cấu trúc hình thái học và sinh thái học lâm phần; xác định vị trí sinh thái của loài thông qua chỉ số giá trị quan trọng ($IV%$), mật độ tầng cây cao ($N$), cấu trúc tầng thứ thẳng đứng và phân bố số cây theo đường kính ($N/D$).
  • Lý thuyết tái sinh rừng tự nhiên: Đánh giá động thái tái sinh qua mật độ cây tái sinh, công thức tổ thành ($CTTT$), chất lượng cây tái sinh, nguồn gốc tái sinh (hạt/chồi), tỷ lệ cây triển vọng ($CTV$) và phân bố số cây tái sinh theo cấp chiều cao ($H$) trên các trạng thái thảm thực vật phục hồi (Ic, IIA, IIB, IIIA1).
  • Sinh lý hạt giống và sinh lý - sinh thái cây con: Khung phân tích dựa trên các chỉ tiêu độ thuần, sức sống, mức độ trương nước, tỷ lệ nảy mầm ($TLNM$) dưới tác động của nhiệt độ nước xử lý, thời gian ngâm, độ sâu lấp đất và chế độ bảo quản; phản ứng sinh trưởng của cây con qua các chỉ số đường kính cổ rễ ($D_{00}$), chiều cao vút ngọn ($H_{vn}$), hàm lượng diệp lục ($Dl$), cường độ quang hợp ($CĐQH$) và cường độ thoát hơi nước ($CĐTTHN$) dưới các chế độ che sáng, tưới nước và bổ sung khoáng N, P, K.
  • Sinh lý nhân giống sinh dưỡng (giâm hom): Khung đánh giá khả năng sinh rễ, tạo mô sẹo và bật chồi dưới tác động của chất kích thích sinh trưởng (IAA, IBA), nồng độ thuốc, loại giá thể, vị trí và loại hom, tuổi cây mẹ lấy hom và độ dài cành hom.

Phương pháp nghiên cứu thực tế

Phương pháp điều tra lâm học thực địa

  • Bố trí ô tiêu chuẩn (ÔTC): Lập các ÔTC điển hình tạm thời tại các khu rừng tự nhiên có cây Phay phân bố thuộc 4 huyện (Chợ Đồn, Chợ Mới, Bạch Thông, Na Rì).
  • Thu thập số liệu tầng cây cao: Đo đếm toàn bộ các cây thân gỗ có đường kính ngang ngực $D_{1.3} \ge 10\text{ cm}$, đo chiều cao vút ngọn ($H_{vn}$), độ tàn che, vẽ biểu đồ phân tầng, xác định thành phần loài đi kèm.
  • Điều tra tầng tái sinh và thảm tươi cây bụi: Bố trí các ô dạng bản (ÔDB) lồng trong ÔTC; đếm số cây tái sinh, đo chiều cao, phân loại chất lượng (tốt, trung bình, xấu), xác định nguồn gốc (chồi, hạt) và phân loại cây triển vọng ($CTV$).
  • Phương pháp phẫu diện đất: Đào và mô tả phẫu diện đất đặc trưng ở các trạng thái thảm thực vật nghiên cứu (Ic, IIA, IIB, IIIA1), lấy mẫu đất phân tích các chỉ tiêu lý - hóa học trong phòng thí nghiệm.

Phương pháp thí nghiệm sinh lý hạt giống và gieo ươm

  • Thí nghiệm bảo quản hạt: Bố trí bảo quản trong điều kiện khô mát (nhiệt độ phòng 20 - 30°C) và khô lạnh (0 - 10°C) theo các khoảng thời gian bảo quản ($TGBQ$) khác nhau.
  • Thí nghiệm trương nước và xử lý hạt: Đo khối lượng trương nước của 1 gam hạt theo các mốc thời gian ngâm; thí nghiệm ngâm nước ở nhiệt độ phòng với các khoảng thời gian khác nhau và ngâm nước ở các mức nhiệt độ xử lý khác nhau trong 4 giờ.
  • Thí nghiệm gieo ươm: Thử nghiệm các mức độ sâu lấp đất khi gieo hạt.

Phương pháp thí nghiệm sinh thái cây con vườn ươm

  • Thí nghiệm chế độ che sáng: Bố trí các công thức che sáng theo các tỷ lệ che bóng khác nhau; đo cường độ quang hợp ($CĐQH$), cường độ thoát hơi nước ($CĐTTHN$), hàm lượng diệp lục ($Dl$) và đo đếm động thái tăng trưởng đường kính cổ rễ ($D_{00}$), chiều cao ($H_{vn}$).
  • Thí nghiệm chế độ nước tưới: Bố trí các mức tưới nước khác nhau để đánh giá sinh trưởng cây con.
  • Thí nghiệm dinh dưỡng khoáng: Phân tích hàm lượng N, P, K trong lá cây tái sinh tự nhiên và thành phần hóa học ruột bầu; bố trí các công thức thí nghiệm ($CTTN$) bổ sung phân khoáng N, P, K vào hỗn hợp ruột bầu.

Phương pháp thí nghiệm nhân giống vô tính (giâm hom)

  • Bố trí các công thức thí nghiệm giâm hom với:
    • Chất kích thích ra rễ: Thử nghiệm 2 loại thuốc kích thích sinh trưởng IAA và IBA ở các thang nồng độ khác nhau so với đối chứng.
    • Giá thể giâm hom: Đánh giá tỷ lệ ra rễ trên các loại giá thể khác nhau.
    • Vị trí và loại hom: Hom ngọn, hom bánh tẻ, hom sát gốc.
    • Tuổi cây mẹ lấy hom: Lấy hom từ các cấp tuổi cây mẹ khác nhau.
    • Độ dài đoạn cành hom giâm: Thử nghiệm các cấp chiều dài hom khác nhau.
  • Các chỉ tiêu theo dõi: Tỷ lệ sống, tỷ lệ ra mô sẹo, tỷ lệ ra rễ, số rễ trung bình/hom, chỉ số ra rễ, tỷ lệ ra chồi, số chồi trung bình/hom, chiều dài chồi trung bình và chỉ số ra chồi.

Nguồn tư liệu và dữ liệu

  • Dữ liệu thực địa sơ cấp từ hệ thống ÔTC, ÔDB và phẫu diện đất tại các xã thuộc 4 huyện Chợ Đồn, Chợ Mới, Bạch Thông, Na Rì của tỉnh Bắc Kạn.
  • Dữ liệu khí tượng, thủy văn, điều kiện tự nhiên và tài liệu quản lý ngành do Sở Nông nghiệp và PTNT, Chi cục Kiểm lâm, Sở Tài nguyên & Môi trường tỉnh Bắc Kạn và UBND các xã cung cấp.
  • Bộ số liệu thực nghiệm sơ cấp thu thập từ hệ thống thí nghiệm sinh lý hạt, gieo ươm cây con và nhà giâm hom tại Trường Đại học Nông Lâm – Đại học Thái Nguyên giai đoạn 2013 - 2015.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan vấn đề nghiên cứu

Chương 1 tổng thuật có hệ thống các tài liệu nghiên cứu lâm học, sinh học cá thể và công nghệ nhân giống cây rừng trên thế giới và tại Việt Nam:

  • Phân tích cơ sở sinh thái học về cấu trúc rừng mưa nhiệt đới, các quy luật tổ thành loài cây gỗ, quy luật phân tầng và động thái tái sinh tự nhiên dưới tán rừng cũng như tại các khoảng trống rừng.
  • Điểm cứu toàn diện các nghiên cứu về ảnh hưởng của nhân tố ánh sáng, chế độ ẩm, thảm cỏ cây bụi và dinh dưỡng đất đến sự sống sót và sinh trưởng của cây con.
  • Tổng hợp kinh nghiệm quốc tế và trong nước về kỹ thuật chọn giống, chế độ thu hái, bảo quản hạt giống, xử lý kích thích nảy mầm và kỹ thuật nhân giống sinh dưỡng (giâm hom, ghép cành) cho các loài cây gỗ bản địa.
  • Đánh giá tổng quan về cây Phay (Duabanga grandiflora), làm nổi bật sự thiếu hụt các dẫn liệu định lượng về đặc điểm lâm học và cơ sở kỹ thuật tạo cây con của loài này tại khu vực miền núi phía Bắc nói chung và tỉnh Bắc Kạn nói riêng.

Chương 2: Nội dung và phương pháp nghiên cứu

Chương 2 trình bày chi tiết toàn bộ thiết kế nghiên cứu của luận án:

  • Hệ thống hóa danh mục các nội dung nghiên cứu bao gồm: đặc điểm hình thái và vật hậu học; cấu trúc lâm phần và đặc điểm đất nơi có Phay phân bố; đặc điểm tái sinh tự nhiên; sinh lý hạt giống; sinh thái sinh lý cây con giai đoạn vườn ươm (đến 9 tháng tuổi); kỹ thuật giâm hom; và đề xuất các biện pháp kỹ thuật nhân giống, trồng rừng.
  • Trình bày cụ thể địa điểm nghiên cứu, số lượng ÔTC khảo sát tại Bắc Kạn (Bảng 2.1).
  • Mô tả chi tiết các sơ đồ bố trí thí nghiệm (Sơ đồ bố trí thí nghiệm chế độ ánh sáng ở vườn ươm, Sơ đồ 5 về nồng độ thuốc kích thích ra rễ IAA/IBA, Sơ đồ 6 về giá thể giâm hom).
  • Thiết lập hệ thống công thức tính toán, các chỉ tiêu định lượng ($IV%$, $D_{1.3}$, $D_{00}$, $H_{vn}$, tỷ lệ nảy mầm $TLNM$, tỷ lệ ra rễ, chỉ số ra rễ, chỉ số ra chồi) và quy trình xử lý thống kê toán học.

Chương 3: Kết quả nghiên cứu và thảo luận

1. Đặc điểm sinh học và lâm học của cây Phay tại Bắc Kạn

  • Đặc điểm hình thái và vật hậu: Cây Phay tại Bắc Kạn có các đặc trưng hình thái cây gỗ lớn, tán rộng, lá thuôn dài mọc đối; quy luật vật hậu ghi nhận các thời kỳ rụng lá, ra chồi non, ra hoa, kết quả và quả chín rõ rệt theo các tháng trong năm (Bảng 3.1).
  • Điều kiện khí hậu và đất đai: Điều kiện khí hậu tại 4 huyện Chợ Đồn, Chợ Mới, Bạch Thông, Na Rì thể hiện nền nhiệt ẩm nhiệt đới gió mùa vùng núi (Bảng 3.2). Kết quả phân tích phẫu diện đất đặc trưng ở các trạng thái thảm thực vật nghiên cứu (Ic, IIA, IIB, IIIA1) cho thấy các chỉ tiêu hóa học đất tại nơi Phay phân bố có độ phì từ nghèo đến trung bình, đất chua nhẹ đến trung bình, tầng đất dày, hàm lượng dinh dưỡng phân hóa rõ giữa các tầng mặt và tầng sâu (Bảng 3.4, Bảng 3.17).
  • Cấu trúc quần xã thực vật có Phay phân bố:
    • Mật độ tầng cây cao dao động tùy theo trạng thái rừng (Bảng 3.6). Cây Phay tham gia vào cấu trúc tầng tán với tư cách là cây tầng vượt tán hoặc tầng ưu thế sinh thái, có mối quan hệ tương hỗ chặt chẽ với các loài cây ưu thế khác trong rừng thường xanh (Bảng 3.7).
    • Cấu trúc tầng thứ thẳng đứng gồm 3 - 4 tầng rõ rệt; độ tàn che của tán rừng tự nhiên nơi có Phay phân bố dao động trong khoảng từ 0,4 đến 0,7 (Bảng 3.8).
    • Thành phần loài cây gỗ đi kèm với cây Phay rất đa dạng, bao gồm nhiều loài cây bản địa như Vàng anh, Vả, Dâu da đất, Trám, Rọc,... (Bảng 3.9, Phụ biểu 1).
    • Đặc điểm cây bụi, thảm tươi thay đổi theo trạng thái rừng, ảnh hưởng trực tiếp đến không gian dinh dưỡng và ánh sáng dưới mặt đất rừng (Bảng 3.10).
  • Đặc điểm tái sinh tự nhiên của cây Phay:
    • Công thức tổ thành cây tái sinh ($CTTT$) tại các trạng thái rừng phục hồi (Ic, IIA, IIB, IIIA1) phản ánh sự tham gia của cây Phay trong lớp cây tái sinh với các tỷ lệ khác nhau (Bảng 3.11, Phụ biểu 2).
    • Mật độ cây tái sinh tổng số và mật độ riêng của cây Phay đạt cao nhất ở các trạng thái thảm thực vật có độ tàn che vừa phải; tỷ lệ cây triển vọng ($CTV$) đạt mức khả quan cho phục hồi rừng (Bảng 3.12).
    • Chất lượng cây tái sinh phần lớn ở mức tốt và trung bình; nguồn gốc cây tái sinh chủ yếu từ hạt, một phần từ chồi gốc (Bảng 3.13).
    • Phân bố mật độ cây tái sinh theo cấp chiều cao thể hiện xu hướng giảm dần khi cấp chiều cao tăng lên, phản ánh quy luật đào thải tự nhiên mạnh mẽ ở giai đoạn cây non (Bảng 3.14).
    • Mối quan hệ sinh thái: Độ tàn che của tán rừng và độ che phủ của cây bụi thảm tươi có ảnh hưởng mang tính quyết định đến mật độ và chất lượng cây tái sinh tự nhiên của cây Phay (Bảng 3.15, Bảng 3.16). Cây Phay tái sinh rất kém dưới tán rừng quá rậm (độ tàn che $> 0,7$) và phát triển thuận lợi tại các lỗ trống hoặc tán rừng thưa.

2. Đặc điểm sinh lý hạt giống cây Phay

  • Đặc điểm lô hạt và khả năng hút ẩm: Hạt cây Phay có kích thước rất nhỏ, số lượng hạt/gam rất lớn (Bảng 3.18). Quá trình trương nước của 1 gam hạt theo thời gian ngâm nước diễn ra nhanh trong những giờ đầu và đạt trạng thái bão hòa sau một khoảng thời gian nhất định (Bảng 3.20, Hình 3.3).
  • Khả năng giữ sức sống trong bảo quản: Sức sống và tỷ lệ nảy mầm ($TLNM$) của hạt giống suy giảm theo thời gian bảo quản ($TGBQ$). Bảo quản trong điều kiện khô lạnh (0 - 10°C) duy trì sức sống của hạt tốt hơn và kéo dài tuổi thọ hạt lâu hơn đáng kể so với điều kiện bảo quản khô mát (nhiệt độ phòng) (Bảng 3.19, Hình 3.1, Hình 3.2).
  • Ảnh hưởng của xử lý nhiệt độ nước và thời gian ngâm:
    • Thời gian ngâm nước ở nhiệt độ phòng ảnh hưởng trực tiếp đến tốc độ nảy mầm và tỷ lệ nảy mầm cuối cùng của hạt (Bảng 3.21).
    • Thí nghiệm ngâm hạt 4 giờ trong nước ở các thang nhiệt độ khác nhau cho thấy nhiệt độ nước xử lý có tác động rõ rệt: xử lý nước ấm ở mức nhiệt độ thích hợp kích thích hạt nảy mầm nhanh và đồng đều, trong khi nhiệt độ quá cao làm giảm tỷ lệ nảy mầm hoặc làm chết phôi hạt (Bảng 3.22, Phụ biểu 21).
  • Ảnh hưởng của độ sâu lấp đất: Độ sâu của lớp đất lấp hạt khi gieo có ảnh hưởng quyết định đến khả năng trồi mầm của hạt giống cây Phay do hạt có kích thước rất nhỏ. Khi tăng độ sâu lấp đất, tỷ lệ nảy mầm giảm rõ rệt; hạt chỉ nảy mầm tối ưu khi gieo nông trên mặt đất hoặc lấp một lớp cát/đất mịn rất mỏng (Bảng 3.23).

3. Đặc điểm sinh lý, sinh thái cây con Phay giai đoạn vườn ươm (đến 9 tháng tuổi)

  • Ảnh hưởng của chế độ ánh sáng:
    • Tỷ lệ che bóng ảnh hưởng sâu sắc đến các chỉ tiêu sinh lý: Cường độ quang hợp ($CĐQH$) và cường độ thoát hơi nước ($CĐTTHN$) của lá biến đổi theo các mức che sáng khác nhau (Hình 3.6, Phụ biểu 24, Phụ biểu 25).
    • Hàm lượng diệp lục ($Dl$) trong lá biến thiên thích ứng với cường độ ánh sáng môi trường (Bảng 3.25).
    • Sinh trưởng chiều cao vút ngọn ($H_{vn}$) và đường kính cổ rễ ($D_{00}$) của cây con đạt giá trị tối ưu ở chế độ ánh sáng phù hợp; cây con có biểu hiện ưa sáng mạnh khi lớn dần nhưng cần che bóng nhẹ ở giai đoạn mầm mới mọc (Bảng 3.24, Phụ biểu 23).
  • Ảnh hưởng của chế độ nước tưới: Chế độ cấp nước tưới ảnh hưởng trực tiếp đến tốc độ tích lũy sinh khối và sinh trưởng $D_{00}$, $H_{vn}$ của cây con giai đoạn vườn ươm (Bảng 3.26, Hình 3.8). Thiếu nước làm cây sinh trưởng còi cọc và giảm tỷ lệ sống.
  • Ảnh hưởng của dinh dưỡng khoáng:
    • Hàm lượng N, P, K tích lũy trong lá cây Phay tái sinh tự nhiên phản ánh nhu cầu dinh dưỡng nội tại của loài (Bảng 3.27).
    • Kết quả phân tích thành phần hóa học hỗn hợp ruột bầu cho thấy sự cần thiết phải bổ sung phân bón khoáng (Bảng 3.28).
    • Thí nghiệm bổ sung các công thức phân bón N, P, K vào ruột bầu chứng minh dinh dưỡng khoáng thúc đẩy tăng trưởng vượt trội về cả chiều cao ($H_{vn}$) lẫn đường kính cổ rễ ($D_{00}$) của cây con so với công thức đối chứng không bón (Bảng 3.29, Hình 3.9, Hình 3.10).

4. Kỹ thuật nhân giống vô tính bằng giâm hom

  • Ảnh hưởng của thuốc kích thích ra rễ (IAA, IBA): Xử lý hom bằng các chất điều hòa sinh trưởng IAA và IBA ở các nồng độ khác nhau làm tăng tỷ lệ ra rễ, số lượng rễ trung bình/hom và chỉ số ra rễ vượt trội so với đối chứng không xử lý (Bảng 3.31, Hình 3.10, Hình 3.11, Hình 3.12).
  • Ảnh hưởng của giá thể giâm hom: Các loại giá thể khác nhau (cát sạch, hỗn hợp đất cát,...) tạo ra sự sai khác có ý nghĩa về độ thông thoáng và độ ẩm, ảnh hưởng trực tiếp đến tỷ lệ sống và chất lượng bộ rễ hom giâm (Bảng 3.32).
  • Ảnh hưởng của loại hom và vị trí lấy hom: Các loại hom giâm (hom ngọn, hom bánh tẻ, hom sát gốc) có khả năng sinh rễ và bật chồi khác nhau; vị trí lấy hom quyết định tốc độ hình thành mô sẹo và phát triển chồi non (Bảng 3.33, Bảng 3.34, Hình 3.13, Hình 3.14a-d, Phụ biểu 30).
  • Ảnh hưởng của tuổi cây mẹ lấy hom: Hom lấy từ cây mẹ trẻ tuổi (cây non vườn ươm hoặc cây tái sinh non) cho tỷ lệ sống, tỷ lệ ra rễ và chỉ số ra chồi cao hơn rõ rệt so với hom lấy từ cây mẹ nhiều tuổi (Bảng 3.35, Bảng 3.36, Hình 3.12, Hình 3.15, Hình 3.16, Hình 3.17, Hình 3.18).
  • Ảnh hưởng của độ dài hom giâm: Độ dài hom giâm tác động trực tiếp đến lượng dinh dưỡng dự trữ và khả năng giữ ẩm của hom, từ đó quyết định tỷ lệ ra rễ và chỉ số ra chồi của hom cây Phay (Bảng 3.37, Bảng 3.38, Hình 3.19, Hình 3.20, Hình 3.21, Hình 3.22, Phụ biểu 31).

5. Đề xuất quy trình kỹ thuật nhân giống cây Phay tại Bắc Kạn

Trên cơ sở kết quả thực nghiệm, luận án tổng hợp và đề xuất hệ thống biện pháp kỹ thuật nhân giống cây Phay phục vụ trồng rừng:

  • Kỹ thuật nhân giống hữu tính từ hạt: Thời điểm thu hái quả chín, phương pháp tách hạt, kỹ thuật bảo quản khô lạnh; xử lý ngâm hạt trong nước ấm 4 giờ; kỹ thuật gieo hạt nông trên luống hoặc bầu đất, che bóng giai đoạn cây mầm, chế độ tưới nước và công thức bón bổ sung khoáng N-P-K trong giai đoạn nuôi dưỡng cây con đến 9 tháng tuổi xuất vườn.
  • Kỹ thuật nhân giống vô tính bằng giâm hom: Tiêu chuẩn chọn cây mẹ trẻ tuổi; kỹ thuật cắt tỉa cành hom với độ dài và loại hom thích hợp; công thức xử lý nồng độ chất kích thích ra rễ (IBA/IAA); lựa chọn giá thể giâm hom đạt chuẩn; kỹ thuật chăm sóc độ ẩm không khí và ánh sáng trong nhà giâm hom.

Kết quả và những đóng góp mới

Đóng góp mới về mặt lý luận và khoa học

  • Cung cấp một cách đầy đủ và có hệ thống các dẫn liệu khoa học đầu tiên về đặc điểm hình thái, vật hậu, đặc tính sinh thái và lâm học của cây Phay (Duabanga grandiflora Roxb. ex DC) trong quần xã rừng tự nhiên tại tỉnh Bắc Kạn.
  • Làm sáng tỏ các quy luật sinh thái về tái sinh tự nhiên của cây Phay theo các trạng thái thảm thực vật phục hồi (Ic, IIA, IIB, IIIA1), đặc biệt là mối quan hệ định lượng giữa độ tàn che tán rừng, thảm tươi cây bụi với mật độ, chất lượng và động thái phân bố cây tái sinh.
  • Xác lập cơ sở dữ liệu sinh lý về sức sống hạt giống trong các điều kiện bảo quản, đặc tính hấp thụ nước, phản ứng nảy mầm với nhiệt độ xử lý và độ sâu lấp đất; xác định nhu cầu ánh sáng (cường độ quang hợp, thoát hơi nước, diệp lục), nhu cầu nước tưới và dinh dưỡng khoáng N, P, K của cây con cây Phay ở giai đoạn vườn ươm đến 9 tháng tuổi.
  • Xây dựng cơ sở lý thuyết cho việc nhân giống vô tính loài cây Phay thông qua việc làm rõ cơ chế phát sinh rễ và chồi của hom giâm dưới tác động đồng thời của chất điều hòa sinh trưởng (IAA, IBA), nồng độ xử lý, giá thể, tuổi cây mẹ, loại hom và độ dài cành hom.

Đóng góp mới về mặt thực tiễn và giải pháp đề xuất

  • Đề xuất được quy trình kỹ thuật hoàn chỉnh tạo cây con cây Phay bằng phương pháp gieo hạt, từ khâu thu hái, bảo quản, xử lý nảy mầm đến kỹ thuật chăm sóc tại vườn ươm.
  • Đề xuất thành công quy trình kỹ thuật nhân giống sinh dưỡng bằng phương pháp giâm hom cây Phay, mở ra giải pháp chủ động tạo nguồn giống cây con chất lượng cao phục vụ trồng rừng khi nguồn hạt giống tự nhiên gặp khó khăn hoặc khan hiếm.
  • Cung cấp các luận cứ thực tiễn phục vụ việc lựa chọn lập địa phù hợp và áp dụng các giải pháp kỹ thuật lâm sinh (xúc tiến tái sinh tự nhiên, điều chỉnh độ tàn che, dọn dẹp thảm tươi cây bụi) nhằm phát triển và phục hồi rừng cây Phay tại Bắc Kạn.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của luận án

  • Phạm vi không gian: Các khảo sát thực địa về đặc điểm sinh thái học, cấu trúc lâm phần và tái sinh tự nhiên mới chỉ được tiến hành tập trung tại 4 huyện của tỉnh Bắc Kạn (Chợ Đồn, Chợ Mới, Bạch Thông, Na Rì), chưa mở rộng điều tra so sánh trên toàn bộ dải phân bố tự nhiên của cây Phay ở các tỉnh trung du và miền núi phía Bắc khác.
  • Phạm vi đối tượng cây con: Các nghiên cứu sinh lý, sinh thái thực nghiệm đối với cây con mới chỉ theo dõi và đánh giá ở giai đoạn vườn ươm đến 9 tháng tuổi, chưa có điều kiện theo dõi tiếp diễn sinh trưởng ở các giai đoạn tuổi lớn hơn.
  • Quy mô khảo nghiệm: Đề tài dừng lại ở quy mô thực nghiệm vườn ươm và đề xuất quy trình kỹ thuật, chưa xây dựng được hệ thống các mô hình rừng trồng trình diễn dài hạn trên các dạng lập địa khác nhau ngoài thực địa sản xuất.

Hướng nghiên cứu tiếp

  • Mở rộng phạm vi nghiên cứu đặc điểm lâm học và khảo sát biến dị di truyền của các xuất xứ cây Phay trên các vùng sinh thái khác nhau ở miền Bắc Việt Nam.
  • Triển khai các nghiên cứu theo dõi sinh trưởng, năng suất và khả năng thích ứng của cây Phay ở giai đoạn rừng trồng sau khi xuất vườn (từ 1 đến 5 năm tuổi và các giai đoạn sau).
  • Triển khai công tác khảo nghiệm xuất xứ, tuyển chọn cây mẹ trội để xây dựng rừng giống, vườn giống chuyển hóa, tiến tới công nhận giống cây lâm nghiệp chính thức theo quy định quốc gia.

Giá trị tham khảo

Đối tượng thụ hưởng và ứng dụng

  • Cơ sở đào tạo và viện nghiên cứu: Là tài liệu chuyên khảo tham khảo trực tiếp cho giảng viên, nghiên cứu sinh, học viên cao học và sinh viên các ngành Lâm sinh, Quản lý tài nguyên rừng, Sinh thái học thực vật và Giống cây rừng tại các trường đại học và viện nghiên cứu khối nông lâm nghiệp.
  • Cơ quan quản lý và hoạch định chính sách: Cung cấp cơ sở khoa học cho Sở Nông nghiệp và Phát triển nông thôn, Chi cục Kiểm lâm tỉnh Bắc Kạn và các tỉnh miền núi phía Bắc trong việc xây dựng quy hoạch cơ cấu cây trồng rừng phòng hộ đầu nguồn, rừng sản xuất cung cấp gỗ lớn và thực hiện các chương trình mục tiêu quốc gia (chương trình 30a).
  • Đơn vị sản xuất lâm nghiệp và khuyến nông: Các trung tâm khuyến nông, ban quản lý rừng phòng hộ, công ty lâm nghiệp và các vườn ươm địa phương có thể áp dụng trực tiếp các thông số kỹ thuật xử lý hạt giống, kỹ thuật giâm hom và kỹ thuật nuôi dưỡng cây con cây Phay để sản xuất cây giống đạt chuẩn chất lượng.

Các phần nội dung có giá trị tham khảo chuyên sâu

  • Hệ thống phương pháp điều tra cấu trúc lâm phần và tái sinh tự nhiên tại Chương 2.
  • Dữ liệu thực nghiệm về sinh lý hạt giống, chế độ che sáng, chế độ nước tưới và dinh dưỡng khoáng N-P-K cho cây con tại Chương 3.
  • Hệ thống công thức thí nghiệm giâm hom (kết hợp chất kích thích IAA, IBA, giá thể, tuổi cây mẹ và độ dài cành hom) tại Chương 3.

Câu hỏi thường gặp

1. Cây Phay (Duabanga grandiflora) có những đặc tính sinh thái nào khiến loài cây này được ưu tiên lựa chọn để trồng rừng tại Bắc Kạn?

Cây Phay là loài cây gỗ lớn bản địa, có tính ưa sáng mạnh, biên độ chống chịu sinh thái cao và tốc độ sinh trưởng tương đối nhanh. Cây mọc tự nhiên ở chân núi, ven khe ẩm, thích nghi tốt với các điều kiện đất sâu hoặc đất lẫn đá. Nhờ khả năng sinh trưởng tốt trên các điều kiện lập địa đã bị suy thoái do mất rừng, cây Phay được Bộ Nông nghiệp & PTNT lựa chọn ưu tiên trồng rừng phòng hộ đầu nguồn và rừng sản xuất tại các huyện nghèo 30a (Ba Bể, Pác Nặm) thuộc tỉnh Bắc Kạn.

2. Luận án đã thực hiện điều tra lâm học thực địa tại những địa bàn cụ thể nào ở tỉnh Bắc Kạn?

Nghiên cứu sinh đã tiến hành thiết lập hệ thống ô tiêu chuẩn và ô dạng bản điều tra thực địa tại 4 huyện của tỉnh Bắc Kạn, bao gồm: huyện Chợ Đồn, huyện Chợ Mới, huyện Bạch Thông và huyện Na Rì, tập trung tại địa bàn 12 xã: Yên Mỹ, Yên Nhuận, Phương Viên, Xuân Lạc, Dương Phong, Đôn Phong, Lục Bình, Tân Sơn, Yên Hân, Yên Cư, Đổng Xá và Cư Lễ.

3. Phương pháp bảo quản hạt giống cây Phay nào cho hiệu quả duy trì sức sống tốt nhất theo kết quả thí nghiệm của luận án?

Kết quả thí nghiệm cho thấy hạt cây Phay có kích thước rất nhỏ và nhanh mất sức nảy mầm nếu để ở môi trường tự nhiên. Bảo quản trong điều kiện khô lạnh (nhiệt độ từ 0 - 10°C) duy trì sức sống, kéo dài tuổi thọ và tỷ lệ nảy mầm ($TLNM$) của hạt giống tốt hơn và ổn định hơn rõ rệt so với phương pháp bảo quản khô mát ở nhiệt độ phòng (20 - 30°C).

4. Khi gieo ươm hạt giống cây Phay, yếu tố độ sâu lấp đất có ảnh hưởng như thế nào đến tỷ lệ nảy mầm?

Do hạt cây Phay có kích thước rất nhỏ, độ sâu lớp đất lấp có tác động quyết định đến khả năng trồi mầm. Kết quả thí nghiệm khẳng định tỷ lệ nảy mầm đạt cao nhất khi gieo hạt nông trên bề mặt luống ẩm hoặc chỉ lấp một lớp cát/đất mịn rất mỏng. Khi tăng độ sâu lớp đất lấp, tỷ lệ nảy mầm của hạt bị suy giảm mạnh do mầm hạt không đủ năng lượng để trồi qua lớp đất dày.

5. Trong kỹ thuật nhân giống vô tính bằng giâm hom, những yếu tố kỹ thuật nào đã được chứng minh có ảnh hưởng quyết định đến tỷ lệ ra rễ của hom cây Phay?

Luận án đã chứng minh khả năng ra rễ và tạo chồi của hom giâm cây Phay chịu ảnh hưởng đồng thời bởi: (1) việc xử lý chất điều hòa sinh trưởng ra rễ (IBA và IAA ở các nồng độ thích hợp cho kết quả vượt trội so với đối chứng); (2) loại giá thể giâm hom; (3) loại hom và vị trí lấy hom; (4) tuổi của cây mẹ lấy hom (hom lấy từ cây mẹ non tuổi cho tỷ lệ ra rễ cao nhất); và (5) độ dài của đoạn cành hom giâm.

Kết luận

Luận án tiến sĩ của tác giả Lê Sỹ Hồng đã giải quyết trọn vẹn mục tiêu nghiên cứu thông qua việc cung cấp hệ thống dẫn liệu khoa học toàn diện về đặc điểm hình thái, vật hậu học, cấu trúc lâm phần và quy luật tái sinh tự nhiên của cây Phay (Duabanga grandiflora Roxb. ex DC) tại tỉnh Bắc Kạn. Bằng phương pháp thực nghiệm chặt chẽ, luận án đã làm rõ các đặc tính sinh lý hạt giống, nhu cầu ánh sáng, nước tưới, dinh dưỡng khoáng của cây con giai đoạn vườn ươm đến 9 tháng tuổi, đồng thời xác lập các thông số kỹ thuật tối ưu cho quá trình nhân giống vô tính bằng giâm hom. Kết quả nghiên cứu đã đề xuất được quy trình kỹ thuật tạo cây con hoàn chỉnh từ hạt và từ hom cành, đóng góp cơ sở khoa học và thực tiễn trực tiếp cho công tác bảo tồn, xúc tiến tái sinh và phát triển rừng trồng cây Phay cung cấp gỗ lớn tại tỉnh Bắc Kạn và các tỉnh miền núi phía Bắc.